家用烹饪能源中多环芳烃的生物指示物——蜘蛛网：健康风险评估

《Environmental Pollution》：Cobweb as a bioindicator of polycyclic aromatic hydrocarbons in household cooking energy sources: Health risk assessment

蜘蛛网生物指示剂用于评估尼日利亚四种烹饪能源源（木柴、煤油、天然气、电）室内多环芳烃污染，发现传统燃料产生的PAHs浓度显著更高，其中67-72%为高致癌性重质PAHs，致癌风险超过安全阈值，证实蜘蛛网作为低成本生物监测工具的有效性，呼吁推广清洁能源。

　　

伊萨克·阿约德莱·奥洛拉德（Isaac Ayodele Ololade）| 奥卢瓦塞恩·伊费卢瓦·阿金杜米拉（Oluwaseun Ifeoluwa Akindumila）| 奥卢瓦布恩米·杰罗姆·奥洛耶德（Oluwabunmi Jerome Oloyede）| 弗朗西斯·费米·奥洛耶（Francis Femi Oloye）| 奥莫塔约·普雷斯·阿桑加（Omotayo Praise Asanga）| 特米塔约·阿莱（Temitayo Ale）| 奥卢瓦兰蒂·奥卢布恩米·奥洛拉德（Oluwaranti Olubunmi Ololade）| 玛丽·奥佩耶米·约书亚（Mary Opeyemi Joshua）| 努鲁迪恩·阿比奥拉·奥拉多贾（Nurudeen Abiola Oladoja）

尼日利亚翁多州阿肯布尔巴阿科科（Akungba Akoko）阿德昆莱·阿贾辛大学（Adekunle Ajasin University）化学科学系环境监测单元

摘要

本研究考察了蜘蛛网（CWBs）作为室内多环芳烃（PAHs）的潜在生物指示物的作用，这些多环芳烃来源于四种家庭烹饪能源：依赖柴火的厨房（FDK）、依赖煤油的厨房（KSDK）、依赖天然气的厨房（GDK）以及依赖电炉的厨房（ECDK），在暴露60天后的情况。与对照组相比，总PAH水平显著升高，FDK、KSDK、GDK和ECDK的平均值分别高出15.4倍、12.8倍、7.6倍和5.7倍。高分子量PAH占主导地位，约占总PAH的67%至72%。毒性当量范围为0.109至1.188，其顺序为FDK > KSDK > GDK > ECDK。通过吸入和皮肤接触途径的伤害指数在儿童和成人中分别为4.01×10^-13至7.45×10^-3，表明没有潜在的非致癌健康风险。然而，总致癌风险（CR）超过了10^-4，表明存在严重的致癌风险。偏最小二乘判别分析显示，传统燃料来源（柴火和煤油）与更清洁或对照环境（天然气、电炉以及无烹饪活动）之间存在明显的PAH差异。系数图表明，2-甲基萘和茚并[1,2,3-cd]芘是不同设施间PAH差异的关键因素。本研究证实了蜘蛛网作为低成本、高效的颗粒状PAH生物指示物的有效性，并强调了迫切需要转向更清洁的能源。这些发现为尼日利亚未来的PAH环境监测和公共卫生政策提供了依据。

引言

尼日利亚面临着严重的空气污染问题，导致该国因空气污染相关疾病而导致的死亡率居高不下（Ololade等人，2025a）。值得注意的是，与空气污染相关的下呼吸道感染从2007年的第四大死因上升为2017年的最主要死因（Pona等人，2021）。这一增长表明了一个紧迫的公共卫生危机，每年约有80万人死于环境健康风险，尤其是由于使用固体燃料烹饪造成的室内空气污染（Giwa等人，2021；Pona等人，2021）。尼日利亚在空气质量环境绩效指数中排名第152位（共180个国家），凸显了政府在管理空气质量及其相关健康风险方面的挑战（Ijaware和Ajibare，2024）。空气污染的影响在全国范围内普遍存在，尤其是对妇女和儿童等弱势群体影响更大。全球每年有超过700万人因空气污染相关疾病而过早死亡，例如慢性阻塞性肺病、哮喘风险增加、缺血性心脏病、肺功能受损和肺癌（Polańska等人，2016；Wambebe和Duan，2020；Sherris等人，2023；Li等人，2023）。 空气污染被公认为全球主要的健康风险之一，其中含有多环芳烃（PAHs）的颗粒物具有极高的致癌风险（Tsiodras等人，2025；Liao等人，2015）。尽管室内环境已得到广泛研究（Barrio-Parra等人，2017；Saini等人，2020；Zhang等人，2013），但在低收入和中等收入国家（LMICs），由于依赖固体燃料进行烹饪和取暖，室内空气污染仍然是一个关键问题（Saini等人，2020；Zhu等人，2021；Ololade等人，2025a,b）。考虑到人们80-90%的时间都在室内度过，且污染物浓度可能超过室外水平，从而导致慢性呼吸系统和心血管疾病（Saini等人，2020）。在中国等快速城市化的地区，严重的室内空气质量问题与慢性健康影响有关，包括因PM2.5和其他室内污染物导致的伤残调整生命年（DALYs）（Zhang等人，2013）。室内空气污染的独特风险特征不同于室外污染，特定的室内生成颗粒物具有不同的毒性和健康后果（Zhu等人，2021）。季节因素在PAH负担中也起着重要作用，因为冬季比夏季需要更多的能量（Li等人，2025）。因此，在发展有限的农村地区，选择能源来源对于减少PAH暴露尤为重要。尽管对室内空气污染的公共卫生影响巨大，但许多人群对此的认识仍然不足，往往被对环境质量的关注所掩盖（Tariq等人，2018；Ololade等人，2025a,b）。这表明迫切需要监测室内空气污染并进行公众教育，以提高弱势群体的生活质量。 使用木材和木炭等固体燃料的传统烹饪方法由于有害排放而带来重大健康风险。例如，在许多非洲村庄，使用柴火会导致该地区空气质量差（Ololade等人，2025a,b）。全球约有30亿人仍然依赖这些做法，尤其是在低收入和中等收入国家（LMICs）（Lindgren等人，2025）。传统炉具中固体燃料的低效燃烧会释放多种有害室内污染物（Ololade等人，2025a）。这些污染物在通风不良的住宅中积累，显著增加呼吸道疾病、心血管疾病和其他健康问题（Atagher等人，2017；Hanna等人，2016；Ololade等人，2025a,b）。研究表明，这些燃烧过程会产生高水平的颗粒物、一氧化碳和有毒有机化合物，包括已知具有致癌性的PAHs（Haider等人，2016；Benti等人，2021）。传统炉具中的低效燃烧导致室内污染物浓度通常远高于室外空气污染水平，从而加剧健康风险，尤其是对经常参与烹饪活动的妇女和儿童（Atagher等人，2017；Thornburg等人，2022）。这种依赖性往往受到文化和社会经济因素的影响，在尼日利亚等低收入环境中，大多数人每天生活费不足一美元（Akintan等人，2018；Ololade等人，2025a）。因此，解决与这些烹饪方法相关的健康风险对于制定有效的改善室内空气质量策略至关重要。 最近，蜘蛛网（CWBs）已成为监测环境中邻苯二甲酸盐、痕量金属和石棉等污染物的经济实惠且非侵入性的生物指示物（Ololade等人，2025a,b）。与传统的空气质量采样设备（如聚氨酯泡沫（PUF）和经典冲击采样器不同，后者可能需要泵、电源、定期维护以及较高的运营成本，蜘蛛网作为被动收集器，能够自然积累空气中的污染物，包括PAHs，无需特殊设备或能源输入（Muzamil等人，2024）。它们广泛的可用性和污染物储存能力使其成为评估长期空气质量的有效工具，尤其是在城市环境中（Ololade等人，2025a,b；Rutkowski等人，2018）。鉴于PAHs与癌症、呼吸系统问题以及燃料燃烧引起的室内污染相关的健康风险，蜘蛛网为社区层面的暴露评估提供了实用工具，特别是在资源有限的地区。 室内空气污染（IAP）是一个公认的环境健康问题，但关于烹饪设施如何贡献室内PAHs的研究仍然有限。尽管我们之前的工作研究了与烹饪能源相关的痕量金属污染（Ololade等人，2025a,b），但并未探讨PAHs。虽然蜘蛛网已被用作室外的生物指示物，但其在评估室内空气质量（特别是烹饪排放）方面的应用仍很大程度上未被探索。本研究旨在利用蜘蛛网的生物累积特性来测量室内PAH水平，具体目标是：（i）测量蜘蛛网中的PAH水平作为室内空气污染的标志物；（ii）评估相关的健康风险。据我们所知，这是首次使用蜘蛛网来评估烹饪活动产生的室内PAH污染的研究，为了解家庭能源使用如何影响颗粒状PAH的生物利用度提供了新的视角。研究结果有助于提高我们对家庭烹饪方法引起的污染物暴露的理解，并支持制定明智的环境和公共卫生政策。这些发现具有全球相关性，为改进低成本、有效的室内空气污染PAH量化技术提供了可借鉴的见解。

研究设计和蜘蛛网采样策略

本研究精心设计了考虑可能影响室内环境中蜘蛛网积累的环境和结构因素。为了减少变异性和潜在污染，在采样过程中采用了特定来源的方法，如我们之前的研究所述（Ololade等人，2025a,b）。选择了四栋新建的住宅公寓作为采样地点，这些公寓特别是因为它们缺乏显著的室内空气污染源。

蜘蛛网中PAHs的富集

表1展示了本研究从烹饪设施中获得的PAHs浓度的总结统计。除了对照组外，FDK、KSDK、GDK和ECDK的平均PAH浓度（μg/g）分别为0.028 – 0.132、0.014 – 0.112、0.012– 0.072、0.003– 0.058和0.002- 0.015。四种烹饪设施之间的分布存在显著差异（P < 0.05）。总体而言，FDK和KSDK的PAH谱型以...

结论

测量了来自四种不同烹饪设施的蜘蛛网中结合的PAHs浓度，以评估对用户的潜在健康风险。所有烹饪设施都排放了不同数量和比例的高分子量PAHs。结果表明，蜘蛛网可以作为一种有效、经济、方便、自然可用且可靠的长期工具，用于检测和评估室内空气污染物（如PAHs）。本研究确定FDK和KSDK是PAHs的主要来源。

作者贡献声明

弗朗西斯·费米·奥洛耶（Francis Femi Oloye）：写作 – 审稿与编辑、初稿撰写、调查、数据管理、概念化。 努鲁迪恩·阿比奥拉·奥拉多贾（Nurudeen Abiola Oladoja）：写作 – 审稿与编辑、初稿撰写、概念化。 奥卢瓦布恩米·杰罗姆·奥洛耶德（Oluwabunmi Jerome Oloyede）：写作 – 审稿与编辑、初稿撰写、方法论、调查、数据管理、概念化。 奥卢瓦塞恩·伊费卢瓦·阿金杜米拉（Oluwaseun Ifeoluwa Akindumila）：写作 – 审稿与编辑、初稿撰写、方法论、调查、数据管理。

未引用参考文献

Ding等人，2012；综合风险信息系统，2001；国际癌症研究机构，2019；Rybak，2015；Rybak和Olejniczak，2013；Soltani等人，2015；Tang等人，2012；Tsiodra等人，2025；美国环保署（USEPA），1989；USEPA，1994；USEPA，2004；USEPA，2010；USEPA，2014；Zhou等人，2022。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

作者感谢阿德昆莱·阿贾辛大学化学科学系环境监测单元的所有研究生在样本收集和实验室工作中的协助。